การพัฒนาอากาศยาน 4 ใบพัดโดยใช้การควบคุมด้วยรีโมท

Abstract

ปริญญานิพนธ์ฉบับนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการทำงานของอากาศยานขึ้น ลงแนวดิ่งแบบ 4 ใบพัด รวมไปถึงการออกแบบโครงสร้างของอากาศยาน และการออกแบบระบบควบคุมอัตโนมัติเบื้องต้น อากาศยานขึ้นลงแนวดิ่งแบบ 4 ใบพัด หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่า QUAD ROTOR นั้นมีข้อดีหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความคล่องตัวในการใช้งานในขณะที่ยังสามารถรับน้ำหนักบรรทุกได้ดี จึงได้มีการนำมาใช้ในงานด้านการสำรวจและถ่ายภาพทางอากาศเป็นอย่างมาก เช่น การสำรวจพื้นที่ถนน สายไฟฟ้า เป็นต้น ในโครงงานนี้ QUAD ROTOR ขนาดเล็กซึ่่งได้ถูกออกแบบและสร้างขึ้นมา มอเตอร์และใบพัดรวมไปถึงรอบการใช้งานที่เหมาะสม ได้ถูกออกแบบโดยใช้อุปกรณ์การทดสอบซึ่งสร้างขึ้นมาใหม่ ในส่วนของระบบควบคุมนั้น เนื่องจากการบังคับทิศทางของ QUAD ROTOR ต้องทำโดยการควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ทุกตัวเพื่อให้สัมพันธ์กัน การใช้ต้วส่งและตัวรับสัญญาณทั่วไปในการควบคุมนั้น จะทำได้ยากมาก จึงได้มีการนำไมโครคอนโทรลเลอร์ เข้ามาใช้ ช่วยในการแปลงสัญญาณจากตัวรับเพื่่อนำมาควบคุม QUAD ROTOR ให้เคลื่อนที่ไปตามทิศทางที่กำหนดได้ นอกจากนี้ยังได้ มีการนำ Accelerometer และ Digital Compass เข้ามาช่วยในการเสริมสร้าง เสถียรภาพของ QUAD ROTOR ให้ดียิ่งขิึ้น จากการทดสอบนั้น พบวา่ QUAD ROTOR ที่ได้สร้างขึ้นมามีแรงยกเพียงพอแต่ยังขาดเสถียรภาพ จึงทำให้ควบคุมได้ค่อนข้างยาก ในส่วนของการควบคุมอัตโนมัติ เนื่องจาก QUAD ROTOR เป็นอากาศยานที่ไม่มีเสถียรภาพ การทดสอบในเบื้องต้นจึงพิจารณาแต่ละแนวแกนแยกกันโดยได้สร้างแบบจำลองทางพลศาสตร์ของ QUAD ROTOR และนำแบบจำลองนั้นมาช่วยในการออกแบบระบบควบคุมอัตโนมัติ เพื่อสร้างสมดุลให้กับ QUADROTOR ในแต่ละแนวแกน

The main objective of this work is to design and construct a vertical take-off landing vehicle, QUAD ROTOR type, including preliminary design of automatic controller. The main advantage of QUAD ROTOR is its agility with relatively high payload. Therefore, it is often used in applications such as aerial photographing, low-altitude reconnaissance, and surveillance. In this project a small QUAD ROTOR driven by electric motors is designed payload requirement. The selection of motors propellers and the operating speed is done through experiment apparatus that is set up especially for this project. Because the direction control of QUAD ROTOR has to be done by controlling all motors at once, it would be difficult to control it via a conventional remote control and receiver. Therefore, microcontroller is utilized to convert the signal from conventional receiver to motor control signals that would move the QUAD ROTOR as commanded. Moreover, Accelerometer and Digital Compass are installed in order to increase stability of the vehicle. The flight test shows that the QUAD ROTOR proves enough lift force as designed. However, the vehicle is clearly unstable which makes it very difficult for manual control. The automatic control system is considered to alleviate control difficulty. Because the QUAD ROTOR is highly unstable, the preliminary control design is done on each axis individually. The mathematical model is used in controller design. It is shown that the vehicle can sustain the equilibrium position in each axis